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1、中 南 大 学CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 本科毕业论文（设计）论文题目 动车组制动控制系统的综合设计学生姓名 学 院 中南大学成教学院 专业班级 电气工程及其自动化 完成时间 2011年3月10日 指导老师 摘要该文件描述了由微型处理器控制的8辆高速联挂车的电空摩擦制动系统，主要由以下几种列车配置组成：EC01 TC02 IC03 BC04 FC05 IC06 TC07 EC08电空摩擦制动系统由“Knorr Bremse铁路客车制动系统”专门为高速列车而设计。论文主要概述了CRH3型车整个制动与空气供应系统，以及推荐的接口方法。该系统专门为恶劣的铁路环境而设计，并着重考
2、虑了以下因素：安全性可靠性实用性低使用周期成本（LCC）便于维修及排除故障车辆布线及配管最少化关键字：CRH制动系统CCUBCUCv引导压力EBL紧急制动回路AbstractThis document describes the microprocessor controlled, electro-pneumatic friction brake system of a 8-car high speed multiple unit, consisting of the following train configuration:EC01 TC02 IC03 BC04 FC05 IC06 TC0
3、7 EC08The electro-pneumatic friction brake system was developed by “Knorr Bremse Brake Systems for Railway Vehicles” especially for high-speed train applications.This section provides a general description of the complete brake and air supply system along with the interface methodology proposed. The
4、 system has been designed for application to the harsh railway environment with significant attention paid to the following factors:- Safety- Reliability- Availability- Low LCC (life cycle costs)- Ease of maintenance and troubleshooting- Minimised car wiring and pipingKey words:China Railways High-s
5、peedBraking systemCentral Control UnitBrake Control UnitPilot controlEmergency Brake loop目录：摘要- 1 -Abstract- 2 -目录：- 3 -第一章 绪论- 4 -1.1 制动概念及其研究意义- 4 -1.2 国内外动车制动系统的应用情况- 4 -1.3 动车组的制动部位基本概述- 4 -第二章 制动的原理分析- 6 -2.1 制动功能控制原理及各主要制动实施介绍- 7 -2.1.1紧急制动- 7 -2.1.2 常用制动- 10 -2.1.3停放制动- 15 -2.1.4撒砂- 17 -2.1.5
6、压缩空气供应- 19 -2.1.6制动主要部件介绍：B02B60制动设备单元- 21 -第三章 安全环的原理分析- 25 -3.1 紧急制动回路（EBL）- 25 -3.2 停放制动监控回路（PBML）- 27 -3.3 制动缓解回路（BRL）- 28 -3.4 乘客紧急制动回路（PEBL）- 29 -3.5 转向架监控回路（BML）- 29 -3.6 火灾报警回路（FAL）- 29 -第四章 火灾报警原理分析- 31 -4.1 烟气探测控制单元的功能- 33 -4.1.1评估CAN总线信号- 33 -4.1.2自检- 33 -4.1.3用软件进行状态检测- 33 -4.1.4无电源情况下的工
7、作状态- 34 -4.1.5重新启动- 34 -4.1.6电源供应及短路保护- 34 -4.2 单列车整列火灾报警安全回路的建立- 35 -4.2.1占用司机室端车：- 35 -4.2.2另一端的非占用司机室端车- 37 -4.2.3单车火灾系统进入准备就绪状态- 37 -4.2.4环路建立- 38 -4.2.5其他说明- 38 -4.3 单车火灾系统相关继电器状态的分析- 39 -4.3.1单车准备就绪状态的建立过程- 39 -第五章 结论及展望- 55 -5.1 结论- 55 -5.2 展望- 55 -参考文献资料- 57 -鸣谢- 58 -第一章 绪论1.1 制动概念及其研究意义 制动：
8、人为的制止物体的运动，包括使其减速、阻止其运动或加速运动。 制动的实质：（作用力的观点）制动装置产生与列车运行方向相反的力，是列车尽快减速或停车；（能量的观点）将列车的动能变成别的能量或转移走。在现代高速铁路高速发展的阶段，高速动车组成为时下的宠儿。在人们一味追求速度激情的今天，为确保和保障乘客和动车组安全，我们也不断的完善着制动安全性能和人性化的融合！这里为了打造更安全、更舒适、更智能、更人性的制动系统奠定了基础。1.2 国内外动车制动系统的应用情况欧美日本等发达国家从二十世纪下半叶开始大规模研制并运用动车组。分别有法国的阿尔斯通；德国的西门子ICE、“欧洲之星”；日本新干线等等都是当今国际
9、上很有实力的高速动车装备企业。其中他们很多一部分用到的安全制动系统都是Knorr 制动装备。我国也于20世纪90年代开始研制动车组。无论是唐车制造的DMU型双层内燃动车组、“新曙光”号准高速双层内燃动车组、“春城”号电动车组、“先锋”号交流传动电动车组、“中原之星”交流传动电动车组还是“中华之星”高速电动车组。但是无论那一个都与那些发达国家的高速动车有所差距。直到2004年中国铁路行业开始引进吸收国外先进技术。致2008年中国已成功引进并吸收了大量国际高端动车技术。其中最为瞩目的是CRH3C型动车的成功研制。其中对牵引、制动系统这样的核心系统的研究才刚刚开始。高速动车组高速发展的今天以德国的I
10、CE为原型的CRH3型车起到引领同行业发展的关键作用。CRH3的重大核心技术之一的制动系统对以后高速动车组的发展起着制约作用。1.3 动车组的制动部位基本概述我们通常看到的电力机车和内燃机车，其动力装置都集中安装在机车上，在机车后面挂着许多没有动力装置的客车车厢。如果把动力装置分散安装在每节车厢上，使其既具有牵引动力，又可以载客，这样的客车车辆便叫做动车。而动车组就是几节自带动力的车辆加几节不带动力的车辆编成一组，就是动车组。动车组是城际和市郊铁路实现小编组、大密度的高效运输工具，以其编组灵活、方便、快捷、安全、可靠、舒适为特点。在此我们主要研究CRH3型车制动系统。制动系统来按536吨的质量
11、设计。制动初速度300 km/h 时，仅有空气制动时制动距离（包括制动响应时间）：3700米作为目标值在初速度200千米/小时时最大许可的制动距离是2000 米，在初速度160 千米/小时时制动距离是1400米，这些制动距离是适用在水平平面上制动，并且全部空气摩擦制动有效。如图1.1 为整车制动控制系统结构。图1.1：全面制动控制系统原理因为在列车运行过程中会出现种种意外情况，为了保护车辆运行安全及人员生命安全，列车建立安全回路，CRH3车辆共有6个安全回路，分别为：Emergency brake loop 紧急制动回路 (EBL)Parking brake monitoring loop 停
12、放制动监控回路 (PBML)Brakes released loop 制动缓解回路 (BRL)Passenger emergency brake loop 乘客紧急制动回路 (PEBL)Bogie monitoring loop 转向架监控回路 (BML)Fire alarm loop 火灾报警回路 (FAL)所以制动部位包括有安全环路，火灾报警的部分基本概念。第二章 制动的原理分析该制动系统由微型处理器控制，提供全面的制动管理，它可以控制、管理并诊断制动过程中涉及到的所有Knorr-Bremse设备（弹簧停车制动设备只适应与指示及诊断功能），并与列车管理系统保持联系，以保证列车的高度安全性、
13、可靠性及实用性。其在每节车厢上都有一个BCU控制机箱单元。BCU箱中主要包括：1、电子控制“ESRA”；2、电子机械部件；3、带阀门的气动控制板。在图2.1和图2.2中论述的控制系统设计理念，在每车的制动控制系统中反映出来。直接EP 制动激活常用制动，通过直接和间接EP 制动激活紧急制动，当牵引时，使用间接制动。 图2.1 图2.2直接的电-空制动和从属的间接制动的主要部件包括： 制动力控制器（因为在司机室，所以在图2中没有显示出来） 在单个车中的制动控制单元(BCU)。 电气安全回路（紧急制动回路） 控制常用制动的模拟转换器或比例阀 制动管 间接制动的直接缓解分配阀 中继阀（压力中继阀） 压
14、缩空气风源，总风管(MRP)，主风缸。 每车单个制动控制单元的制动风缸(R-pressure reservoir)。 转向架设备模拟转换器激活直接制动，空气控制阀激活间接制动，这两个部件通过一个小的横截面产生制动缸预控制压力。下面的双向止回阀能确保高的制动缸预控制压力（模拟变压器或间接控制阀要求产生较高的制动力）转换为制动力。压力中继阀通过一个大的断面(C-pressure)在制动缸压力控制回路中调节制动缸压力，这个压力是通过制动缸预控制压力(Cv-pressure) 的小横断面给定。另外为了增加制动容量，压力中继阀也起到了增加压力的作用。为了防止摩擦制动过热和防止超过允许的最大摩擦系数，根据
15、不同的速度，紧急制动分步进行。意思是在高速运行(v 200 km/h)时，制动力比在低速时(v 160km/h）被加6.3巴的压力，而在（列车）低速时仅被加5.0巴的压力。这将由BCU在速度的基础上激活相应的电磁阀控制。除了撒砂的信号外，附加的干燥砂子的信号也将由制动控制单元分配给用于此目的的电磁阀。同时，撒砂信号将通过车辆总线“MVB”和列车总线“WTB”被发送。2.1.5压缩空气供应车辆将装备两个空气供应系统。每个空气供应系统的供风量至少在1300L/分，并包括一个主空压机。主空压机与一个双塔式空气干燥器和一个具有防冻功能的冷凝水收集箱相连。另外，在受电弓附近有两个辅助空压机。主空压机通过
16、车载变流器由接触网设备提供电能。辅助空压机通过独立于接触网的电池进行操作。当通过接触网送电时，两个主空压机各自通过一个辅助转换单元供电。当一个车载转换器或一个空压机在正常情况下失效时，可能限制运行。空压机被囊封在所谓的压缩空气供应单元中压制压缩空气并以这种方式减少噪音。压缩空气被局部地储存在压力风缸中，即储存在每个车上。压缩空气通过具有最大压力10巴的主风管进行分配。图2.7给出了气动功能以及供给：图2.7 气动管路图空气要求：供风系统包括两个空气压缩机，如果一个压缩机坏了，列车仍能正常运行。列车的耗风量不是一个常量，变化的大小取决于以下因数： 空气制动应用的频率和程度 滑动（排风阀动作）频率
17、和程度 开门的频率（气动运行） 卫生间应用的频率 烘砂和撒砂的频率 气动附加器（喇叭，转向器，弧刷） 载重变化频率（空气弹簧） 空气泄漏程度列车运行只有一个空气压缩机工作时，耗风量超过压缩机的供应量。为了解决这种问题，利用各种储气缸给气动设备供气。必须间歇地关断气耗设备，使其压力不超过标称值。因为储气缸提供了空气，因此气动功能不受影响。 主风缸 空气制动和停放制动缸 卫生间和门 空气弹簧（转向架部分） 喇叭 受电弓在设计阶段，通过估计平均气流，计算耗风量。操作过程“准备”：在操作过程中，仍没有通过接触网的电源。主压缩机不能通过由电池提供的电力运转。因此，在主MRP风缸中现有的空气被首先用于升起
18、受电弓。如果现有的空气不足，则所需的压缩空气由辅助空压机用自备风缸提供（图5中的U11）。基于此原因，相对于主空压机的辅助空压机，由电池提供电力。图2.8由辅助空压机提供的用于主开关和受电弓的压缩空气图2.8例： 辅助空压机 U01,过压阀 U09,止回阀 U04，U05,截止阀 U06，U16，U12,压力传感器U08,压力表 U10,辅助风缸 U11,电磁阀U22,减压阀U13，U18,压力开关U19，U14,测量插座U20，U15。通过BCU对辅助空压机进行局部控制。为此，在辅助压缩机的气动控制电路中将设置压力获取模块。 位于同一半部列车上的中央控制单元（CCU）将读取风缸压力并在司机的MMI（人机界面）上显示压力值。2.1.6制动主要部件介绍：
